(57)【要約】【課題】膜厚均一性及び緻密性が良好で且つ製造コストを低減できる、電極層へのメッキ方法を提供する。【解決手段】この電極層へのメッキ方法は、基板１上に形成されたＡｌを主成分とする電極層５の表面にメッキを施すためのものであって、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を用いて、ラングミュア・ブロジェット法により、電極層５の表面に溶液中のＺｎイオンを付着させ、Ｚｎイオンと電極層５のＡｌ成分とを置換させて、電極層５の表面にＺｎ核を形成し、その後無電解メッキ処理を施すものである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に直接又は他の層を介して形成されたＡｌを主成分とする電極層の表面にメッキを施すためのメッキ方法であって、
両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を用いて、ラングミュア・ブロジェット法により、前記電極層の表面に前記溶液中のＺｎイオンを付着させ、前記Ｚｎイオンと前記電極層のＡｌ成分とを置換させて、同電極層の表面にＺｎ核を形成し、その後無電解メッキ処理を施すことを特徴とする電極層へのメッキ方法。
【請求項２】
前記電極層の表面を脱脂、エッチング処理し、前記基板を純水中にほぼ垂直に浸漬し、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する前記溶液を、前記純水を下層液として展開し、前記基板をゆっくり引き上げることにより、前記電極層の表面にＺｎイオンを付着させる請求項１記載の電極層へのメッキ方法。
【請求項３】
前記電極層の表面にＺｎイオンを付着させて、前記Ｚｎ核を形成した後、前記電極層の表面を有機溶剤で洗浄する請求項２記載の電極層へのメッキ方法。
【請求項４】
前記無電解メッキ処理は、無電解Ｎｉメッキである請求項１〜３のいずれか１つに記載の電極層へのメッキ方法。
【請求項５】
前記基板は、半導体基板である請求項１〜４のいずれか１つに記載の電極層へのメッキ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板などの基板上に形成されるＡｌを主成分とする電極層の表面に、メッキを施すための、電極層へのメッキ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、シリコンウエハー等からなる半導体基板上に形成される電極層には、ワイヤボンディングやはんだ接続をするために、メッキが施される場合がある。そして、このメッキが、ボンディングワイヤやはんだ等の接続材と合金化するので、高い接続強度や高耐熱疲労特性が得られるようになっている。
【０００３】
しかしながら、電極層がＡｌで形成され、この電極層にＮｉメッキを施した場合には、次のような問題があった。
【０００４】
すなわち、Ｎｉメッキ層の膜厚が不均一の場合に、ワイヤボンディング等を行うと、Ｎｉメッキ層の膜厚の薄い部分で、接続材にＮｉが拡散しやすくなり、その結果、Ｎｉメッキ層の表面や、Ｎｉメッキ層とＡｌ電極層との界面にボイドが生じ、接続強度が低下することがあった。また、Ｎｉメッキ層が十分に緻密でない場合に、ワイヤボンディング等を行うと、Ｎｉメッキ層が柱状に成長して、粒界の過剰な金属拡散が起こり、Ｎｉメッキ層の表面や、Ｎｉメッキ層とＡｌ電極層との界面にボイドが生じ、接続強度が低下することがある。そこで、Ｎｉメッキ層には、高い膜厚均一性及び緻密性が要求されている。
【０００５】
例えば、ＡｌにＮｉメッキを施す方法として、メッキ処理前に、ＺｎとＡｌとの置換反応を利用したジンケート処理を２回行うことで、緻密なＺｎ核を形成して、メッキ層の膜厚均一性や緻密性を維持するようにした、ダブルジンケート処理が知られている。
【０００６】
しかしながら、このダブルジンケート処理においても、膜厚が不均一となったり、緻密性が不十分となって、柱状に成長したりすることがあり、信頼性の高いメッキ層を形成できないことがあった。
【０００７】
上記ダブルジンケート処理とは異なるメッキ方法として、下記特許文献１には、被鍍金物上に、ラングミュア・ブロジェット法により、有機パラジウム錯体または有機パラジウム錯体を含む有機混合物からなる膜を堆積させ、該堆積膜を触媒層として無電解鍍金を行って、被鍍金物上に金属膜を形成する方法が記載されている。その実施形態には、ラングミュア・ブロジェット法により堆積膜を形成した後、この堆積膜に紫外光を照射して、これを触媒層とすること、また、紫外光を照射した堆積膜を更に加熱焼成して、これを触媒層とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３１７１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１記載の方法では、メッキ時の触媒核層（メッキ時の成長核）として、貴金属である有機パラジウム錯体または有機パラジウム錯体を含む有機混合物からなる堆積層を用いるので、コストが高いというデメリットがある。
【００１０】
また、堆積層に紫外光を照射する場合、更にこれに加熱焼成する場合には、一連のウェットプロセス（湿式メッキ工程）でメッキ形成を終了させることができず、工程が多くなりコストが増大するという不都合が生じる。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、膜厚均一性及び緻密性が良好で、高い接続強度及び高耐熱疲労特性が得られると共に、製造コストを低減できる、電極層へのメッキ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る電極層へのメッキ方法は、基板上に直接又は他の層を介して形成されたＡｌを主成分とする電極層の表面にメッキを施すためのものであって、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を用いて、ラングミュア・ブロジェット法により、前記電極層の表面に前記溶液中のＺｎイオンを付着させ、前記Ｚｎイオンと前記電極層のＡｌ成分とを置換させて、同電極層の表面にＺｎ核を形成し、その後無電解メッキ処理を施すことを特徴とする。
【００１３】
上記発明によれば、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を用いて、ラングミュア・ブロジェット法により、電極層の表面に溶液中のＺｎイオンを付着させ、Ｚｎイオンと電極層のＡｌ成分とを置換させて、電極層の表面にＺｎ核を形成し、その後、無電解メッキ処理を施すようにしたので、上記特許文献１のような、パラジウムを含む膜を堆積させて紫外光を照射した後、加熱焼成させるといった工程が不要で、ウェットプロセスのみでメッキを施すことができ、製造コストを低減することができる。
【００１４】
そして、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を用いて、ラングミュア・ブロジェット法により、電極層の表面に溶液中のＺｎイオンを付着させるようにしたので、両親媒性物質の親水部に結合したＺｎイオンを、電極層の表面に順次付着させて、電極層の表面にＺｎ核をムラなく均一に形成することができ、メッキ層の膜厚均一性及び緻密性を良好にして、高い接続強度及び高耐熱疲労特性を有するメッキ層を形成することができる。
【００１５】
本発明の電極層へのメッキ方法においては、前記電極層の表面を脱脂、エッチング処理し、前記基板を純水中にほぼ垂直に浸漬し、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する前記溶液を、前記純水を下層液として展開し、前記基板をゆっくり引き上げることにより、前記電極層の表面にＺｎイオンを付着させることが好ましい。
【００１６】
これによれば、電極層の表面を脱脂、エッチング処理することで、電極層の表面の油脂や酸化被膜を除去して、その表面を親水性にすることができるので、両親媒性物質の親水部を付着させやすくすることができる。また、純水を下層液として、その上方に溶液を展開したことにより、下層液表面から両親媒性物質の疎水部が立ち上がって、親水性物質を整列させることができると共に、基板を純水中にほぼ垂直に浸漬し、前記溶液から基板をゆっくり引き上げるようにしたので、整列状態とされた両親媒性物質の親水部及びこの親水部に結合したＺｎイオンを、電極層の表面に順次付着させて、電極層の表面にＺｎ核をより均一に形成することができる。
【００１７】
本発明の電極層へのメッキ方法においては、前記電極層の表面にＺｎイオンを付着させて、前記Ｚｎ核を形成した後、前記電極層の表面を有機溶剤で洗浄することが好ましい。これによれば、Ｚｎ核を形成後の電極層の表面を有機溶剤で洗浄することで、Ｚｎイオンと置換したＡｌ成分や、不要となった両親媒性物質を電極層の表面から除去することができるので、その後のメッキ工程でメッキ用金属をＺｎ核だけに反応させて、メッキを施しやすくなる。
【００１８】
本発明の電極層へのメッキ方法においては、前記無電解メッキ処理は、無電解Ｎｉメッキであることが好ましい。これによれば、電極層に無電解Ｎｉメッキを施すようにしたので、耐摩耗性、耐久性、耐食性等が良好な電極層を得ることができる。
【００１９】
本発明の電極層へのメッキ方法においては、前記基板は、半導体基板であることが好ましい。これによれば、半導体基板上に形成される電極層の表面にも、膜厚均一性及び緻密性が良好で、高い接続強度及び高耐熱疲労特性を有するメッキ層を形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
上記発明によれば、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を用い、ラングミュア・ブロジェット法により、電極層の表面に溶液中のＺｎイオンを付着させ、Ｚｎイオンと電極層のＡｌ成分とを置換させて、電極層の表面にＺｎ核を形成し、その後、無電解メッキ処理を施すようにしたので、ウェットプロセスのみでメッキを施すことが可能で、製造コストを低減することができると共に、電極層の表面にＺｎ核をムラなく均一に形成して、膜厚均一性及び緻密性が良好で高い接続強度及び高耐熱疲労特性を有するメッキ層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る電極層へのメッキ方法により形成されたメッキ層を有する基板の説明図である。
【図２】本発明に係る電極層へのメッキ方法の一実施形態を示しており、（ａ）はその工程の一つを示す説明図、（ｂ）は（ａ）の工程後の工程を示す説明図である。
【図３】同電極層へのメッキ方法において、両親媒性物質としてステアリン酸を用いた場合の溶液の構造式を示す説明図である。
【図４】同電極層へのメッキ方法において、水を下層液として、その上方に溶液を展開した場合の、両親媒性物質の挙動を示す説明図である。
【図５】同電極層へのメッキ方法において、水から基板を引き上げるときの、両親媒性物質の挙動を示す説明図である。
【図６】同電極層へのメッキ方法の工程を示しており、（ａ）は電極層の表面にＺｎ核が形成された状態を示す説明図、（ｂ）は電極層の表面からＺｎ核以外のものを除去した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明に係る電極層へのメッキ方法の一実施形態について説明する。
【００２３】
この電極層へのメッキ方法は、例えば、図１に示すように、半導体基板などの基板１の上面に形成された電極層５の表面にメッキを施して、メッキ層７を形成するために用いられるものである。
【００２４】
前記基板１としては、例えば、シリコン基板や、シリコンカーバイド基板、ＧａＮ基板等の化合物半導体基板などの、いわゆる半導体基板を用いることができ、また、絶縁性プラスチックフィルム基板、ガラス基板、ステンレス基板、セラミックス基板などを用いることもできる。
【００２５】
また、電極層５は、Ａｌを主成分とするものであればよく、具体的には、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｔｉなどを含有するＡｌ合金などが用いられる。この電極層５の厚さは、０．１〜５０．０μｍであることが好ましく、１．０〜５．０μｍであることがより好ましい。
【００２６】
なお、この実施形態では、基板１の上面に電極層５が直接形成されているが、この態様に限定されず、基板１と電極層５との間に、金属膜や、ＩＧＢＴ構造等の半導体装置構造が形成されていてもよい。また、基板１の他方の面側にも、金属膜や電極層等が形成されていてもよい。
【００２７】
この電極層へのメッキ方法は、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を用いて、周知のラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ法）により、基板１の電極層５の表面に溶液中のＺｎイオンを付着させることで、Ｚｎイオンと電極層５のＡｌ成分とを置換させて、電極層５の表面にＺｎ核を形成し、その後無電解メッキ処理を施すものである。以下、各工程について詳しく説明する。
【００２８】
まず、この工程の前に、電極層５の表面を、周知の方法（溶剤脱脂法、エマルジョン脱脂法、アルカリ脱脂法、電解脱脂法、超音波脱脂法等）で脱脂すると共に、高アルカリ溶液、酸性溶液、有機酸溶液等でエッチング処理を施して、Ａｌの酸化被膜を除去して、電極層５の表面を親水性とすることが好ましい。
【００２９】
次いで、ラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ法）により、基板１の電極層５の表面に溶液中のＺｎイオンを付着させる工程について説明すると、図２（ａ）に示すように、水が充填された処理槽９に、基板１を好ましくはほぼ垂直に、すなわち、基板１を水面に対してほぼ直交するように縦向きにして浸漬する。ここで、水面に対してほぼ垂直とは、水面に対して９０°±１０°の角度を意味する。ただし、基板１は、水面に対して交差していればよく、必ずしもほぼ垂直である必要はない。
【００３０】
前記処理槽９内に充填される水としては、純水や、超純水であることが好ましい。特に、不純物の影響を少なくして、Ｚｎイオンと電極層５のＡｌ成分との置換効率を向上させる観点から、超純水を用いることが好ましい。
【００３１】
また、処理槽９とは別に、容器１１内に、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を調整しておく。この溶液の溶媒としては、水、有機溶剤等を用いることができ、両親媒性物質としては、ステアリン酸などのカルボキシル基を親水基に有する飽和脂肪酸、リノレン酸などの不飽和脂肪酸、またスルホ基を親水基に有するスルホン酸等を用いることができ、Ｚｎイオンとしては、ＺｎＣｌ２、ＺｎＳＯ４、Ｚｎ（ＣＯ３）２等を溶解して用いることができる。図３には、両親媒性物質としてステアリン酸を用いた場合の溶液の構造式が記載されている。この図に示すように、両親媒性物質の親水部に、Ｚｎイオンが結合するようになっている。該溶液中の両親媒性物質の濃度は１０−２〜１０−４Ｍであることが好ましく、Ｚｎイオンの濃度は、１０−３〜１０−５Ｍであることが好ましい。
【００３２】
そして、図２（ａ）に示すように、上記溶液を処理槽９内に注入し、処理槽９内に充填された水を下層液として溶液を展開する。すると、図４に示すように、溶液中の両親媒性物質の親水部が水側（下層液側）に向き、疎水部が空気側に向いて、疎水部が下層液表面から立ち上がり、親水部の分子どうしが当接して、両親媒性物質が整列した状態となる。
【００３３】
この状態で図示しない引き上げ手段等によって、図２（ｂ）に示すように、所定の引き上げ速度で、処理槽９から基板１を引き上げる。すると、図５に示すように、親水性とされた電極層５の表面に、整列状態とされた両親媒性物質の親水部に結合したＺｎイオンが順次付着して、電極層５の表面に両親媒性物資及びＺｎイオンが均一に整列した状態で付着する。なお、基板１の処理槽９からの引き上げ速度は、０．１〜１００ｍｍ／分であることが好ましく、１〜１０ｍｍ／分であることがより好ましい。
【００３４】
その後、処理槽９から引き上げた基板１を所定時間放置する。その結果、下記の反応式（１）〜（３）に示すように、両親媒性物質の親水部に結合したＺｎイオンと、電極層５のＡｌ成分との置換反応が始まり、図６（ａ）に示すように、電極層５の表面上にＺｎ核が形成される。
Ａｌ→Ａｌ３＋＋３ｅ−・・・・・・・・・・・・・・（１）
Ｚｎ２＋＋２ｅ−→Ｚｎ・・・・・・・・・・・・・・（２）
２Ａｌ＋３Ｚｎ２＋→２Ａｌ３＋＋３Ｚｎ・・・・・・・（３）
【００３５】
このときの、基板１の放置時間としては、５〜２００秒であることが好ましく、２０〜４０秒であることがより好ましい。放置時間が５秒未満の場合には、ＺｎイオンとＡｌ成分とを十分に置換させることができず、電極層５の表面にＺｎ核が形成されにくくなり、２００秒を超えると、Ｚｎ核表面の酸化が進み、メッキとの置換反応が起こり難くなる。
【００３６】
上記のようにして、電極層５の表面にＺｎ核を形成した後、電極層５にメッキを施すこととなるが、その前に、基板１の表面を有機溶剤で洗浄することが好ましい。例えば、図示しない容器に、アルコール、アセトン、トルエン、キシレン等を充填しておき、これに前記基板１を所定時間浸漬させることで、Ｚｎイオンと置換したＡｌ成分や、不要となった両親媒性物質を除去して、電極層５の表面にＺｎ核のみを残す（図６（ｂ）参照）。
【００３７】
その状態で、所定のメッキ用金属で、電極層５の表面に無電解メッキを施すことで、電極層表面のＺｎ核を介してメッキ層７が形成される。例えば、メッキ用金属を含むメッキ液を図示しないメッキ処理槽に充填し、これに前記基板１を浸漬させることで、Ｚｎ核とメッキ液中の金属とを置換させ、置換された金属を触媒としてメッキ反応が進み、電極層５の表面にメッキ層７が形成される。なお、メッキ処理用の金属としては、例えば、Ｎｉや、Ｎｉを主成分として、Ｐ、Ｂ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏ等が含有されたＮｉ合金、更には、Ｃ、ＰＴＦＥなどを含む複合メッキなどを採用することができ、特にＮｉやＮｉ合金を採用することが好ましい。また、メッキ液の組成は、例えば、Ｎｉイオン０．０７Ｍ、次亜リン酸０．２Ｍ、有機酸０．４５Ｍ、の組成のものを採用することができる。
【００３８】
以上説明したように、この電極層へのメッキ方法では、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を用いて、ラングミュア・ブロジェット法により、電極層５の表面に溶液中のＺｎイオンを付着させ、Ｚｎイオンと電極層５のＡｌ成分とを置換させて、電極層５の表面にＺｎ核を形成した後、無電解メッキ処理を施すようにしているので、上記特許文献１のような、パラジウムを含む膜を堆積させ、これに紫外光を照射し、更に加熱焼成させるといった工程が不要となり、一連のウェットプロセスのみでメッキを施すことができ、製造コストを低減することができる。
【００３９】
そして、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を用いて、ラングミュア・ブロジェット法により、電極層５の表面に溶液中のＺｎイオンを付着させるようにしたので、両親媒性物質の親水部に結合したＺｎイオンを、電極層５の表面に順次付着させることができ、電極層５の表面にＺｎ核をムラなく均一に形成することができる。その結果、メッキ層７の膜厚均一性及び緻密性を良好にして、高い接続強度及び高耐熱疲労特性を有するメッキ層７を形成することができる。
【００４０】
また、上記の電極層５へのメッキ処理前に、電極層５の表面を脱脂、エッチング処理するようにした場合には、電極層５の表面の油脂や酸化被膜を除去して、その表面を親水性にすることができ、両親媒性物質の親水部を付着させやすくすることができる。
【００４１】
更に、処理槽９内に充填された純水や超純水の上方から溶液を注入し、処理槽９内に充填した純水や超純水を下層液として、その上方に溶液を展開した場合には（図２（ａ）参照）、図４に示すように、下層液表面から両親媒性物質の疎水部が立ち上がって、親水性物質を整列させることができる。
【００４２】
また、基板を純水や超純粋中に垂直に浸漬し、前記溶液から基板をゆっくり引き上げるようにした場合には（図２（ｂ）参照）、整列状態とされた両親媒性物質の親水部に結合したＺｎイオンを、図５に示す如く、電極層５の表面に順次ムラなく付着させることができるので、電極層５の表面にＺｎ核をより均一に形成することができる。
【００４３】
更に図６（ｂ）に示すように、電極層５の表面にＺｎイオンを付着させて、Ｚｎ核を形成した後、電極層５の表面を有機溶剤で洗浄するようにした場合には、Ｚｎイオンと置換したＡｌ成分や、不要となった両親媒性物質を電極層５の表面から除去することができるので、その後のメッキ工程において、Ｎｉ等のメッキ用金属をＺｎ核だけに反応させて、メッキを施しやすくなる。
【実施例】
【００４４】
基板１として、シリコンウエハーからなる半導体基板を用い、この基板１上に、常法によりＡｌを主成分とする電極層５を形成した。
【００４５】
この電極層５に常法により脱脂、エッチング処理を施して、その表面を親水性とした後、図２に示すように、超純水が１Ｌ充填された処理槽９内に、基板１をほぼ垂直にして浸漬させた。
【００４６】
これとは別に、両親媒性物質とＺｎイオンとを含有する溶液を調整した。両親媒性物質としてはステアリン酸を用いた。すなわち、容器１１に、０．１Ｍの硫酸Ｚｎ水溶液１０ｍｌを充填し、これにステアリン酸：ステアリン酸メチルを１：１０の割合で、かつ、ステアリン酸０．１Ｍとなるように溶け込ませ、上記溶液を調整した。
【００４７】
上記のように調整した溶液を、図２（ａ）に示すように処理槽９内に注入し、処理槽９内に充填された超純水を下層液として、その上方に溶液を展開した。
【００４８】
その状態で図２（ｂ）に示すように、基板１を引き上げ速度５ｍｍ／分で引き上げた後、２０秒放置して、溶液中のＺｎイオンと電極層５のＡｌ成分とを置換させた。
【００４９】
その後、基板１をエタノールからなる有機溶剤に３０秒浸漬させて、Ｚｎイオンと置換したＡｌ成分や、不要となった両親媒性物質を除去して、電極層５の表面にＺｎ核のみを残し（図６（ｂ）参照）、常法に従って無電解Ｎｉメッキを施すことで、Ａｌを主成分とする電極層５の表面にＮｉからなるメッキ層７を形成した。
【００５０】
このメッキ層７は、膜厚が均一で、かつ層状の析出構成の被膜が得られることから、ワイヤボンディングとの接合界面においてメッキの粒界で見られる過剰な金属拡散がなく、均一な金属拡散層を有する接合部が得られた。
【符号の説明】
【００５１】
１  基板
５  電極層
７  メッキ層
９  処理槽
１１  容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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